单缸柴油机箱体加工工艺及精镗孔组合机床床控制系统设计-单缸柴油机机体【含CAD图纸+PDF图】
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单缸柴油机箱体加工工艺及精镗孔组合机床控制系统设计,本次设计主要是针对这两个部分 一、箱体的加工工艺设计 二、精镗孔组合机床的控制系统设计,一、箱体的加工工艺,1.单缸柴油机工作的本质就是“将化学能热能工作所需的机械能”，对其箱体的工艺有着很高的要求。所以箱体毛坯可以采用HT200，铸造而成。 2.在确定其加工路线前，应分析下工艺方案中的一些注意事项 1）在大批量生产中，粗精加工分开。因为粗加工后其加工表面应力会分散，使得精加工的工艺不能更好的展现。,一、箱体的加工工艺,2）工序加工中加工集中的问题，箱体是一个较为复杂的一个工件，加工时需要采用不同的刀具。对于在大批量的生产情况下，加工集中能更好的提高生产效率，但是其中的钻、镗两工序应该分开加工，避免影响整体精度 3.最后以先粗后精，先面后孔，先主后次的基本原则来确定切实可行的加工路线。,二、精镗孔组合机床控制系统设计,第一步：选择正确的控制系统设计，根据其控制要求，为了更好地实现组合机床的快进一工进二工进死挡块停留快退原位停止这些工步，采用灵活性、通用性、可靠性、抗干扰更好的PLC控制系统设计。 第二步：选取合适的电器元件，继电器、接触器、熔断器、电动机。进而最后绘制出电气原理图。,二、精镗孔组合机床控制系统设计,最后其整个组合机床的工作方式采用手动和自动组合的形式，快进及工进时，由PLC自动控制正常的运动，等工作结束后，挡块停留灯亮，手动切换下一个工作过程,谢谢！,单缸柴油机箱体加工工艺及精镗孔组合机床控制系统设计SINGLE CYLINDER DIESEL ENGINE BODY MACHINING PROCESS AND DESIGN OF FINE BORING MACHINE TOOL CONTROL SYSTEM摘 要本次毕业设计对单缸柴油机箱体加工工艺进行了详细的分析，对箱体各端面和面上孔的加工方法及其刀具切削余量等参数进行了详细剖析以及计算，提出了可行的加工路线，然后在计算出工序所需要的时间，并且查阅资料选取合适的机床工作刀具。本论文对组合机床大体的学习然后根据精镗孔要求设计进行了分析，挑选合适的电动机和相关的电器元件，设计具体plc在箱体加工中的应用，完成对其柴油机箱体的精镗孔系统的设计。关键词 箱体；组合机床；plc控制系统AbstractIn this paper, the processing technology of single-cylinder diesel engine casing is analyzed in detail, and the parameters such as machining methods and cutting allowances of each surface and hole are analyzed and calculated. A feasible processing route is proposed and the route is calculated. Time quota, select the appropriate machine tool to make the corresponding process card. In this thesis, the combined machine tool control system of the pupil is analyzed, and the appropriate motor and electrical components are selected. Finally, the application of plc in the machine control system is analyzed, and the control system of the combined machine tool is designed.Keywords diesel engine combined machine control system33目 录摘要IAbstractII一、绪 论11.1课题背景及研究意义11.2单缸柴油机的简介11.2.1单缸柴油机箱体的作用11.2.2柴油机箱体的技术分析21.2.3单缸柴油机箱体毛坯的选择2二、箱体零件工艺设计42.1概 述42.2指定工艺方案时的要求和方案中的一些注意事项42.2.1粗加工和精加工应该分离42.2.2加工工序中的加工集中和加工分散42.2.3其他工艺加工方案中的一些注意事项52.3制定出对单缸柴油机箱体的加工工艺路线方案52.3.1选择对柴油机箱体的加工方法52.3.2对单缸柴油机的工艺路线进行确认72.4箱体的切削用量、加工余量、工时等计算82.4.1 镗孔92.4.2 钻、扩、铰孔11三、组合机床143.1常用组合机床简介143.2组合机床的特点14四、可编程控制器概述164.1可编程控制器的基本概念164.1.1扫描过程164.1.2 S7-200 数据类型及其长度和范围174.1.3寻址方式174.2可编程控制器控制设计的基本步骤174.3可编程控制器的市场情况和发展18五、设计概述205.1继电器控制系统与PLC控制系统205.1.1继电器控制系统与PLC控制系统的联系与区别205.1.2 PLC控制的优点20六、镗孔组合机床的工作原理及控制要求226.1 组合机床液压动力滑台介绍226.2控制方式及工作方式226.2.1镗孔组合机床控制方式选择226.2.2镗孔组合机床工作方式选择236.3镗孔组合机床控制要求23七、镗孔组合机床的硬件设计247.1 PLC的选择247.2机床PLC控制I/O分配表247.3 PLC控制系统硬件接线图25八、镗孔组合机床的软件设计278.1常用的编程方法278.2镗孔组合机床PLC控制工作流程图278.3镗孔组合机床PLC控制梯形图28结论32致谢33参考文献34一、绪 论1.1课题背景及研究意义单缸柴油机作为一种在各行各业中得到广泛应用的一个机器。柴油机的箱体是全部整体机器设备里特别要紧的部件,本次设计的一些步骤是箱体加工中重中之重的环节,箱体上少许特定的技术要求均在此工序能够保证。在加工少许对精度等级需求特别高的地方,尤其是箱体缸体套孔封口深度公差,大尺寸等直径同轴孔、轴承孔孔径公差 ,曲轴孔与平衡轴孔等的精度要求较高。在加工箱体工序工艺中,对孔精镗的工序加工等级将会关乎着到总体工作性能。如今对柴油机的需求越来越大,于是对单缸柴油机更高生产效率和更优系统自动化的程度有着越来越高的要求。不过而今国内生产的加工设备都不能完全达到上述加工质量和生产效率等方面的要求,这在很大程度上限定了柴油机的性能保障和生产产量的提高。本文所用的柴油机机体精镗孔组合机床,基于查阅借鉴的基础上,吸取了镗床设计点跟组合机床都用通用部件为基础。组合机床在一般工业设施中主要是对于箱体和一些其他的特殊零件的加工。在一般情况下的加工环境里中，工件不旋转，只有工具的旋转和工具与工件的相对运动来实现钻孔，铰孔，镗孔，铣削等。可编程控制器（PLC）最初阶段的形成是在1969年到20世纪的70年代，当时它就具备了运算功能和功率输出能力。plc和计算机的构成是相通的，同样包含了电源、CPU、存储器、输入/输出接口及外围设备接口等。1.2单缸柴油机的简介该柴油机构造紧凑，动力充足，能耗大，用途广泛，可靠性好，可以长时间的使用,对于其的维修每个人都可以简单地上手操作,价格不像一些电子产品一样那么昂贵很亲民等特点。选用机型为常柴型涡流燃烧器和扁平型插件,构造简明不复杂,可以及时的冷却性。选取稀土球墨铸铁曲轴和凸轮轴,方便于所需的加工,耐摩擦的性能更好；采纳双轴平衡结构,运动工作的时候平稳性更好,整体运动的震动也很小。单缸柴油发动机用于许多地方，例如用于手扶拖拉机和小型四轮拖拉机,并可用于小规模灌溉和排水。农业方面加工和小型发电机、空气压缩机、船舶以及汽车车辆的发动机。1.2.1单缸柴油机箱体的作用单缸柴油机的工作本质其实就是一种往复式活塞的内燃机,它是一种让燃料充分的在其工作气缸里燃烧通过燃烧产生的热能转换为我们所需要的机械动能。它有很多种的类型，比如常见的单缸、卧式、四行程、水冷、通用式柴油机。气缸里主要的工作部件是活塞和曲轴，它们以连杆连接着，需要系统做运动的时候通过活塞在气缸体里的往复直线运动，让曲轴通过连接着的连杆作用，被带着做旋转运动。也可以有另外的一种工作方式就是通过气缸里的曲轴旋转一次使活塞通过连杆作用再往复直线运动一次，一整个的工作循环就是活塞往复运动的四个工作冲程：进气行程，压缩行程，做工行程，排气行程。当柴油机开始做工作行程的时候,柴油机的箱体将会收到很多力,所以在选用箱体类型的时候需要考虑这些因数，尤其是对于刚度的需求，需要很强的刚度足以支撑柴油机做工运动,有了足够的刚度和强度，机体在整个工作行程的时候稳定有效,确保每个运动组合的工作不会引起运动部件的磨损、漏气、漏水、漏油,这样才可以保证整个机器所有的部分可以相对较长时间的正常工作。1.2.2柴油机箱体的技术分析柴油机的箱体主要安装基准就是箱体的底面和机体的侧面飞轮带动着运动部件曲轴做旋转运动,飞轮的作用是有利于稳定整体运动,也便于储能和放能。机体上有主轴承孔、凸轮盘孔、传动轴孔、平衡轴孔等。为了实现化学能转换成热能并且能够相继的变成最后需要的机械能这一能量的转换过程，还可以连续的，长时间稳定有效的工作，柴油机是一个由很多机构系统包含的机器，是一个比较复杂的整体，其箱体也是很复杂的，还属于薄壁部件，所以对箱体有着很高的技术要求，包括刚性要求，尺寸精度，形状公差，表面质量等。比如，猪肘箱里的主轴的支撑选取滑动轴承，要有很好的抗震动能力，平稳性，轴承孔表面不能够存留加工或者退刀痕迹。柴油机机体上的孔也需要很高的位置精度保证运动的准确性。机身的平面还必须确保精度,包括平行度、平面度、垂直度、表面粗糙度。平面上的孔在柴油机主体的组装和实际工操作中起着至关重要的作用。柴油机箱体外部还有齿轮转换室，转换室里有着很多相互啮合的齿轮，这些齿轮的啮合中心距和它们所相邻的孔间距都需要很高的平面度和精度。每个孔里的轴要有很高的同轴度，方便各机构运动。主轴承孔的中心线相对于垂直于壳体的端面,而且气缸孔轴线的垂直度要求也很高。箱体的底部和箱体一侧面都连接着油底壳，两者间的平面度和粗糙度必须得有着很好的技术要求。1.2.3单缸柴油机箱体毛坯的选择毛坯材料的选择：由于气缸体部件的构造复杂使用铸造,材料为HT200。硬度为170-241HBS,因为它具有高强度，耐摩擦性能，很好的耐热的能力。但需人工时效处理,适和承受较大应力,摩擦面间单位压力大于49 Nm2，而且该部件的气缸体需要一定的气密性。其工作条件抗高弯曲应力(0.49MPa)及抗拉应力;像个相互摩擦平面间的每个单位面积的压力1.96MPa;并且具备持续高气密性。柴油机活塞运动过程当中有较大的冲击力承受,零部件的物理机械性能要求较高,生产类型为大批大量生产。使用铸件尺寸公差等级IT8级“机械制造过程和设备设计指导书”。毛坯的种类选择：依据所设计的柴油机复杂的箱体外部性状，机械加工工艺设计手册中所描述的一些方法是用在在大批出产的情况,毛坯为铸造件。这才有利于零件的大规模出产,胚料的高精度可以大大的降低后续工艺的加工成本,有效提高生产率并且还降低了生产成本。铸件通常采取砂型铸造中机械成型。这样一来机器不仅仅生产率高，而且对后续的加工尺寸也较准确。二、箱体零件工艺设计2.1概 述箱体的加工路线较复杂，其中的加工步骤环节主要有铣削、镗孔、钻孔、铰孔、攻丝等,其具体的处理规则通常基于粗，细，第一和第二孔的原理。箱体的表面有很多设计的小孔，加工这些孔的时候整个机体得确保定位准确不能有失误，方可减少加工孔时的失误，这样还有效的提高了加工精度。所以平面加工好是非常重要的。依照加工零件方法时的特点,通过组合机床来加工箱体的表面,对表面铣削的时候，只需要机床简单、刚性好、加工精度高，就可以保证箱体表面的精度。为此为目的，可以采用一种构造方法固定铣刀头的移动铣削工作台上。2.2指定工艺方案时的要求和方案中的一些注意事项2.2.1粗加工和精加工应该分离进入加工箱体零件工艺步骤前，应对其箱体零件的生产批次，加工精度以及技术要求进行严格的分析把控。粗加工和精加工过程应合理的安排在机体加工零件中，并且以便经济地满足加工要求。现在工艺加工流程中，对于大批量的生产中，注意吧粗加工和精加工的工序分开来操作。使用粗加工后加工表面的应力会分散，使精加工的工艺要求不能更好的表现，应该在粗加工后留有一定的间隔时间让加工部位的应力慢慢恢复正常，这样就很有效的达到该工艺的技术要求。2.2.2加工工序中的加工集中和加工分散组合机床的工艺规定发展是都基于加工工序中的集中加工,就是采用多种不同的工具，多工位和复活工具等,这样就可以通过一个机床来加工多种复杂过程，这种方法对于整个加工过程来说是很有效的，不仅在在经济和人力方面节省，还对加工的精度也有很大帮助。对于这种集中加工的方法也应该注意,可能会带来以下问题：加工工序太过于集中的话，会使组合机床的整体布局会很复杂，刀具的种类也会变的更多样，整个机床也会变得很复杂，使得整个机器移动不便；太过于把工序集中会使整个切削的载荷增加，因为这载荷的增加也会使刚性变低，也会影响工件的形状。所以应该要注意以下内容：（1）尽量把单一的相同工序放在同一机床上；（2）有相配合精度的工序放在同一个机床上；（3）有许多的钻孔和镗孔的工序最好隔开。这是由于钻孔的直径与镗孔的直径参数出入比较大而且它们加工时的主轴转速也不同，所以还需要特定设计很多复杂不一样的传动链。同时一直钻大量的孔，一直钻孔会引起很大的轴向力,这种轴向力也会使得工件的形状发生改变，影响镗孔精度；而且精镗孔的时候，它的震动会影响钻孔，这样会导致小钻头的败坏或折断。（4）在确定工序集中时,有必要充分考虑部件在大的切削力和夹紧力下，由于刚度的不足和变形，该部件是否会严重的失去本来的样子；（5）集中的工序时候，制定好粗加工和精加工合理安排步骤，和设计好主轴箱的整体布局。不能把主轴安排的太过聚集在一起,否则会不方便的调整机床和工具,并且还会降低加工精度、工作可靠性和生存率。2.2.3其他工艺加工方案中的一些注意事项1.在镗孔组合机床时，要注意在精加工步骤后孔的表面是不是应该要留下加工痕迹。假如规定方案中是不允许留下加工痕迹,那就要在整个工序结束后停止主轴的旋转运动，给予轴向定位。在制定方案中如果在已经达到了生产效率,机床上加工的刀具也可以以工进速度退回,这样不仅提高效率和加工精度，而且还避免了留下痕迹的可能；2.在阶梯面中的孔,工序应该先钻大孔，然后钻小孔。这样做就能减少了钻小孔的深度,降低了破碎小钻头的可能性；3.两个可以相拼组合的零件,钻孔应从连接处钻起,以更好地保证孔地位置精度,便于两部件组装；4.在加工机体端面的时候，是用铣削的加工步骤。在有孔的大端面加工中，应该选者相关的端面来进行刮削过程，这样就可以不让振动力来影响着工序加工精度。在加工机体的内部端面的时候，可以通过径向进给方式加工；5.在指定这些工艺过程计划时,在所有的粗加工过程之后，集中来精加工过程 ,以帮助保持加工精度。最后才进行攻丝这个工序。2.3制定出对单缸柴油机箱体的加工工艺路线方案2.3.1选择对柴油机箱体的加工方法根据具体尺寸、技术要求、其他加工方法的精度、粗糙度比较，选择相应的加工路线如下；（1）平面加工路线： 表2-1 铣端面工步表2-2 面铣刀的选择（2）钻孔：表2-3 钻孔工步（3）扩孔：表2-4 扩孔工步 （4）铰孔：表2-5 铰孔工步（5）镗孔：表2-6 镗孔工步切削速度v(m/min)进给量 f(mm/r)35502.3.2对单缸柴油机的工艺路线进行确认工序步骤1铸造2热处理 3人工时效4粗铣箱体上下两面5粗铣箱体前后两面6粗铣箱体两端面7精铣箱体上下两面8精铣箱体前后两面9精铣箱体两端面10粗镗孔11.精镗孔12扩铰孔交叉运行13去毛刺14终检15出厂2.4箱体的切削用量、加工余量、工时等计算1.箱体上下两平面的粗铣：选择双面组合铣床、专用夹具、可转位面铣刀,直径为 ,齿数为,查金属切削简明手册,得 ,查手册,并计算：（1）吃刀深度取为 2mm,即, ,（2）切削速度 （2.1)其中Cv表示系数，取决于加工条件； T表示刀具使用寿命；Kv 表示各个修正系数之积；m,x,y,c 表示指数。, , 带入数字得到 （3）主轴转速 （2.2) Ns表示刀具每分钟转速；dw表示刀具直径。现在我根据手册来选取一种特殊的多面铣削机床Nw=380r/min。Nw表示主轴转速 （2.3)=3.140.175380（4） （2.4) f每分钟进给量；f没齿进给量根据 f= fm Ns,带入数字计算得 f=1.52(mm/r)（5）机动工时 （2.5) ,整体时间中准备时间占了 4.7%，所以 （2.6)在对其他平面进行粗铣的时候,主轴的转速取为 ,切削的速度 ,走刀量,吃刀深度,走刀次数均为 1 次。2.箱体上下平面的精铣：选双面组合铣床,选专用夹具,测量工具为 卡板,选可转位面铣刀,直径 ,齿数为, ,查手册,并计算：(1)吃刀深度,取为 0.5mm,(2)切削速度 （2.1)(3)主轴转速 , （2.2)现在采用双面组合铣床,根据手册,Nw=190 r/min,故 （2.3)(4) 走刀量 （2.4)根据 f= fm Ns得 (5)机动工时 （2.5) =0.72(min), （2.6)=0.067(min)在对其他平面在精铣的时候,主轴的转速取为 ,切削的速度,走刀量f=1.52mm/r,吃刀深度 ,走刀次数均为 1 次。2.4.1 镗孔1.粗镗110.6 孔为108.8 ,用三面粗镗床,选专用夹具,测量工具选 195 - 01006F28粗镗孔及倒角量具及深度游标卡尺,刀具选ZT111 - 51-03 镗刀（1）一边的余量 Z=1.2mm,切削深度 （2.7)（查手册）（3） （2.1)（4） （2.2) （2.4), （2.5)在对其他孔进行粗镗的时候,如粗镗为 ,主轴的转速取为,切削的速度,走刀量 ,吃刀深度 ,走刀次数均为 1 次。粗镗117H10 为116.1H12 ,主轴转速取为 Ns=152 r/min,切削速度 ,走刀量,吃刀深度 ,走刀次数均为 1 次。2.半精镗孔 109.7 至 109.3 ,使用三面半精镗床,选专用夹具,测量工具选用 F48 半精镗孔校刀量具,内径千分表和校对环规,刀具选用 孔镗刀,（1）切削深度 （2.6) （2）进给量 （3）切削速度 （4）转速 （2.3)按机床选取,实际转速为 （5）机动工时 ,所以 （2.4) 在对其他孔在精镗孔的时候,如半精镗 至 ,主轴的转速取为,切削的速度 ,走刀量,吃刀深度,走刀次数均为 1 次。半精镗至 ,主轴的转速取为,切削的速度 ,走刀量 ,吃刀深度 ,走刀次数均为 1 次。3.精镗孔108 ,选三面精镗床,夹具选用 JT114 -B20,测量工具选 F48 精镗孔校刀量具,内径百分表及校对环规,刀具选用 JT114-A6057 孔镗刀（1）切削深度 （2）进给量 （3）切削速度 （4）转速 （2.4)按机床选取实际转速为 ,实际速度为 （2.5)=1.13（m/s）（5）机动工时 （2.6)所以 在孔被精镗工序加工的时候,如精镗孔时,主轴转速取为,切削速度,走刀量,吃刀深度 ,以及刀具的通过次数均为 1 次。精镗 194.87 孔时,主轴转速取为,切削速度 ,走刀量 ,吃刀深度,走刀次数均为 1 次。2.4.2 钻、扩、铰孔1.钻齿轮螺纹底孔 7 6.85 孔,深 20,选钻孔组合机床,夹具选用 JZ117-20,测量工具使用 F62 M8 底孔和 20 深度塞规,刀具选用 96.75 复合钻头（1）确定进给量 f:查手册表 2.7 材料为 HT200（2）（3） （2.7) （3）切削速度：查手册表 2.13 及 2.14 得到 v=0.35m/s, （2.4)=(6010000.35)(3.146.7)=998.2(r/min)取整得 ,得到实际的切削速度（4）切削工 （2.5)其中 =3.7在对其他孔进行钻孔加工的时候，如钻 螺纹底孔12.5 时，主轴的转速取为 ，切削的速度，走刀量，吃刀深度 ，走刀次数均为 1 次。钻M10-6H 螺纹底孔 8.8 时，主轴转速取为 ，切削速度 ，走刀量，吃刀深度，走刀次数均为 1 次。2.扩钻(1)根据手册f=(1.21.8) f钻 ，根据机床说明书取一个合适的f钻 =0.375(2) ，取为 0.14m/s, （2.4)取 Nw=400 r/min，得到实际的切削速度 （2.5)（3）切削工时 （2.6)其中 L2=0,L =20,所以 （2.7)3.绞 25 7 孔，深 7，选用小台钻绞孔床，夹具选用 绞孔夹具，量具选用绞孔专用塞规，刀具选用 5 直柄麻花钻（1） （2.8)（2） （3） （4） （2.4)按机床选取实际转速 Nw=1400 r/min，得 （2.1)=0.37（m/s）（5）切削工时 , （2.4)其中 L2=0,L =20,所以 （2.5)=0.067（min）3. 攻丝1.钻 4M8-6H 螺纹底6.7（1） (手册表 2.7)（2） （2.6)按机床取 （2.7)（3） 2.攻 4M8-6H6.7 螺纹，机床选用攻丝组合机床，选用攻丝组合夹具(1) （2.4)按机床取 （2.5)(2) 三、组合机床3.1常用组合机床简介组合机床是主要的高效机床,具有基本规定的序列化、标准化准则，并且经过实践来验证过的。组合机床是一种自动循环工作的机床，在机床加工的时候工件可以不动，由刀具做主运动和进给运动，这样就可以很好的保证部件的加工精度，组合机床也可以使用很多的刀具同时进行加工，并且还可以同时多个方面的对工件加工，达到很高的工序集中性，提升了生产效率。组合机床和传统机床有着本质的区别，有着这些特点: 1)设计时间和优化时间更短，通用化的程度也更高，主要是采用模块化的结构组成，比其他形式的机床成本较低。2)可以针对具体的对象来设计，用最佳的工艺过程来加工部件。 3)组合机床的通用零部件都已标准化、系列化。4)组合机床高度自动化,便于维修,可随时备件。 5)便于产品更新。 组合机床的有几种部件组成：支撑部件（床身、立柱、底座、中间底座），动力部件（动力滑台和主轴头、动力头）、工件的定位，运送部件（夹具、回转工作台、移动工作台等），控制部件（电器柜、液压站、操纵台等）。 组合机床的根本，是由通用部件和专用部件及控制系统等部件组成的，又因其不同的配置形式来说不同的配置就有不同的功用。而这配置形式主要的区别在于机床夹具的运动形式和动力头的安装形式，现如今主要的基本配置形式有夹具固定式机床和夹具移动式机床。夹具固定式的机床，就是机床上的夹具和被加工部件都是固定不动的，主要有卧式、倾斜式、立式、复合式的组合机床。夹具移动式组合机床，就是机床上的夹具是根据要求来进行运动的，有多个加工工位，主要有移动工作台、回转工作台、中央立柱式、鼓轮式机床。3.2组合机床的特点1.可以用于较复杂平面的箱体孔面加工； 2.组合机床采用多模块化设计组成可以集中工序操作，同时进行多个步骤，生产率高； 3.加工精度稳定。由于过程是固定的，还有专门的通用部件组成更容易的保障加工的精度； 4.生产更新频率低，有充足时间来进行设计变化，使用和维修都很方便； 5.组合机床有着其他机床所不具备的自动化生产线，能够大大的降低了工人劳动率； 6.组合机床是由多模块化设计组成的，不是单一的专业机床，可以根据加工工件的需求，可以进行模块选择设计，只需要少量的特殊部件。而且这些模块化的设计也是可以重复使用的，不影响其他的加工，配置更灵活，整个机床也方便改装。 四、可编程控制器概述4.1可编程控制器的基本概念可编程序控制器是一个为在机械电子工应运而生的专用设备，他是具体采纳了可编程序的存储器，能够执行逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作功能，让特定量的输入和输出完成对系统的控制。可编程控制器具备大量不一样的输入、输出接口，还有很强的执行动作能力，其硬件应该根据实际来选配，再根据其他要求来设计。最早出来的可编程控制器仅仅进行逻辑控制，简称PLC，现在的可编程控制器不仅是可以进行逻辑控制的，也可以对模拟量进行控制，后老美帝国的机械的组织协会将其命名为可编程控制系统，后又因被个人计算机的专称，所以现如今还是将可编程控制器简称PLC4.1.1扫描过程 图4-1扫描结构图结构图分析：1、S7-200将物理输入点上的状态复制到输出状态寄存器中。2、S7-200执行通信任务。3、S7-200执行程序指令并且将数据存储到各种存储器当中。4.1.2 S7-200 数据类型及其长度和范围表4-1 S7-200数据类型 十六进制 4.1.3寻址方式西门子S7-200将信息存储在不同的存储单元之中，每个单元与地址相互对应，供使用者存取信息。（1）直接的寻址方式：存储器中操作数的地址直接在指令格式的字段指示。既可以在指令中欧冠直接给出有效地址（2）间接的寻址方式：相对直接的寻址方式而言，所指令地段的地址不是操作数的真正地址，操作数地址的指示器才是该字段的形式地址。4.2可编程控制器控制设计的基本步骤程控制器控制设计的基本步骤有七步，分别如下：1、了解有关控制系统设计的更多信息在开始设计PLC控制系统设计前，第一步要了解控制要求和控制中所需要涉及到的工艺过程要求，具体采纳哪些设计和控制方式，并且已知输入和输出信号类型来确定输入分量。以及PLC的外部输出器件，还要确定它是不是要驱动负载：然后每个模块程序具有多个工艺过程环节，掌握每个模块里中每个环节所代表的内容，以及涉及到什么驱动方式；然后判别系统是全自动还是半自动的控制模式，是不是要手动进行调整等。2、控制系统的初步方案设计PLC控制系统设计往往不是一下子就可以完成的， 需要逐步的持续改进过程。在这个过程当中，确定控制部分问题的初始解决方案十分的重要。3、根据控制要求确定输入输出元件，绘出输入输出以及主电路图根据系统过程和自动控制要求，采取适当的输入组件，计算输入输出的数量，确定PLC模型，绘制出输入输出分配表，并确定输入输出的对应关系。4、根据控制要求和输入输出控制接线图绘制梯形图此步对于整个plc设计环节来说是启着一个纽带的作用，缺一不可。要绘制梯形图，首先必须要熟悉各种PLC指令的含义和编程技巧。不仅仅对plc表面的内容一知半解还必须要对plc最基础的工作原理融会贯通。这样才可以设计出有效的梯形图。5、完善上述设计内容绘制梯形图出来后，第一步要进行检查，看是不是有遗漏，反复检查每一个环节，多次修改，逐步完善。6、上机模拟仿真最后就在学校STEP7-Micro_WIN仿真软件上放真，最后总结结果，考虑一下是否可以进一步优化。7、设备安装调试将梯形图输入PLC中根据需求安装调试设备，在设备上运行。4.3可编程控制器的市场情况和发展随着时代越来越快的发展进步，plc产品设计开发也是逐渐的发展起来。从原始机到当前的32位机，更甚至64位机。其他方面技术的发展也带动了plc领域的发展比如通信技术、电子技术等。现在的PLC发展越来越快，硬件，配件和软件的配置越来越好，工作效率更高，生产成本更低，更高的可靠性。如今21世纪， PLC制造商众多,PLC产品也越来越丰富多彩。最主要的类型还是来自于国外，例如美国的A-B公司、莫迪康公司等；欧洲的经典德国西门子、法国TE公司；日本的松下，三菱等。中国PLC较发达国家发展晚，尽管PLC经过多年的发展现在已有大约30家 PLC制造商，但是PLC总体市场仍然以国外为主导。但是对于国内很好的发展形式来说整体国内PLC市场是很可观的,它们的需求,产品定制,成本优势和服务优势,响应速度的优势。PLC将向以下及各方向发展： 小型化，大规模，机电一体化，通信网络标准化。1、小型化Plc的本质和缩小型的计算机一样，只是对于计算机来所plc更模块个性化。许多工业生产过程具备相对于单独和相对单一的特点，小型化的优势不仅仅从其生产的成本来显示出来的，更为重要的是其发展潜力。 2、大型化大规模生产过程，如电力工业、钢铁工业、航天工业、化学工业、汽车制造和船舶制造。由于工艺复杂，需要大部分的自动控制，小型化PLC完全不适合。大型PLC采纳具备高速运算的能力，采用32位或64位微处理器，超百赫的晶振频率使得它的计算速度更快，存储容量也将成倍增加，有这些优点完全满足这类生产工艺的要求。3、机电一体化优化了机械、电子、信息、和其他技术的组合。机械本体和微电子装置是机电一体化的根本要素，以满足机电产品的需求，还得不停的完善PLC功能，如存储容量、晶振频率、运算速度以及通信等plc功能不断的改进。4、通信网络标准化随着生产技术日新月异的发展，生产需求也会日渐的严格，对整个系统的控制管理都是未来技术发展的核心所在。Plc与计算机和其他设备间的通信控制交流必须要更快、更好、跟准确的完成，这样才可以保证整个产品的质量。五、设计概述5.1 继电器控制系统与PLC控制系统5.1.1 继电器控制系统与PLC控制系统的联系与区别继电器控制系统和PLC控制系统之间的关联是:都能实现相同的基本功能，全部基于“门电路”。这两种plc相对于继电器控制系统来说，在最开始采集输入信号的时候则需要继电器。输出信号时，使用继电器的功率放大功能使输出信号更明显。Plc系统和其他一些专用计算机差不多也有着硬件系统和软件系统两大部门。主要有几个逻辑部件：继电器逻辑、定时器逻辑、计算机逻辑。继电器逻辑：为了达到电气控制的要求，plc也要提供继电器逻辑，用逻辑“门电路”处理各种继电器的连接。plc控制系统相对与继电器控制来说是有一种逻辑概念的，类似于一种“软继电器”控制系统。这种“软继电器”系统有着体积小，能耗低；速度快，寿命长；不必考虑触点容量。定时器逻辑：采用了硬件定时中断、软件计数来实现逻辑功能计数器逻辑：有了计数器逻辑plc可以进行位运算，还可以进行字运算，plc中若干的数据存储器可以更有效地存储数据。5.1.2 PLC控制的优点1.可靠性高，抗干扰能力强为了使外电路与plc的内部主要电路不想互相影响，所有的I/O的接口处都要进行光电隔离。在plc的外部设备和内部模块上都要采用抗干扰的措施，也是为了防止辐射干扰，使整个控制系统能够正常的运行。在输入端接口处串接一个R-C滤波器，可以很有效的消除电源处的高频干扰。机壳体和模块，部件所选取的构造有很好的导电性和导磁性。最后布线的时候，控制线和plc的电源线和I/O线应标出配线并且用双绞线连接。Plc的输入和输出最好分开走线。屏蔽信号应该应用于模拟信号的传输。 2.I/O接口模块丰富Plc有很多的I/O接口模块，我完全可以根据需要选取相对应功能的I/O模块，更加丰富的I/O模块还可以提升更好的操作性能，完成更多的功能。3.模块化的结构Plc的CPU、电源、I/O等都是用模块化设计的，可以自行组装连接，能实现很多组合系统，使整个系统的性价比更高。4.编程容易开发简单大多数plc编程是采用梯形图来展现的，与继电器控制线路十分相似，对于电气工程人员来说不算是太过于复杂。上手设计及开发都有操作空间。5.安装简单，维修方便Plc可以在各种环境下工作，不需要特定的装置和工具来帮助工作，只需要讲设备和相应的输入输出端相连接就可以直接运动工作。为了方便观察整个系统的运行情况，还可以能够随时的对故障进行查找，在系统里加上了故障指示装置。当出现问题的时候，只需要对出现故障的模块进行检查即可。六、镗孔组合机床的工作原理及控制要求6.1 组合机床液压动力滑台介绍组合机床动力滑台的用途：动力滑台是整个组合机床实现进给运动的通用部件。还可以按照对所加工零件的技术要求，可以在机床的滑台上安装各种必要的部件，例如：动力箱、多轴箱、钻削头、铣削头等各种所需要的部件，来完成更多的工序步骤。滑台可以安装在底座或者一些支撑部件上，可以组成卧式、倾斜式、立式的组合机床。根据驱动方式的不同，动力滑台还可以分为机械式和液压式。其中液压式的滑台需要一个单独的液压站提供动力，这个液压站提供的力除了带动滑台运动，还可以用来实现被加工部件的夹紧和定位等动作，更容易的实现组合机床的自动化。完成快进一工进二工进死挡铁停留快退原位停止6个工步的自动控制。 图6-1液压动力滑台的结构简图由图6-1可以看出液压动力滑台构成：滑台、滑座、油、控制挡铁6.2控制方式及工作方式 6.2.1镗孔组合机床控制方式选择机床的控制方式又很多，如：PLC式控制、单片机、继电器控制等。它们控制特点分别如下： PLC： （1）使用灵活，通用性强 （2）可靠性高，抗干扰能力强（3）编程简单，易操作控制 单片机：（1）系统繁多市场普遍。 （2）稳定性和平稳性不高。 （3）不适合在强电场工作使用。 继电器：（1）机械触点多，设备的响应速度慢。 （2）可靠性差、故障率高、不便于调整和维修，无可靠性。结合这三种的类型而看，plc是最合适的控制方式，其具有的灵活性和通用性、平稳性和可靠性。6.2.2镗孔组合机床工作方式选择组合机床的工作方式主要有三种形式：手动形式、自动形式、半自动形式。市面上根据实用性和经济性考虑一般都是采用手动和自动组合的形式，全自动型的设计复杂造价昂贵通常情况下不适用。所以本次设计也采用了性价比高的手动和自动组合的形式。组合机床快进以及工进的步骤的时候， 由设计的plc程序来控制，自动正常运行，在工作过程结束后停止显示灯亮。然后转为手动控制，然后手动切换到下一个自动控制系统。6.3镗孔组合机床控制要求组合机床是专门设计用于加工大量同种批次工件的加工设备，这些工件由三相异步电机牵引，电机型号Y100L-6型（1.5KW，4A），单向运转。其加工工艺流程如图6.1所示，进给运动主要是采用液压来驱动的，采用快进和工进自动切换的方法来高效的完成工序，由液压电机和电磁阀控制变换。液压泵电机为。图6-2加工工艺流程图表6-1工步表七、镗孔组合机床的硬件设计7.1 PLC的选择在方案设计前，plc的型号是是很关键的一步。现如今随着时代的发展变化，plc的型号也种类繁多了起来，每种的规格和性能都是不一样的。Plc可以根据结构、功能的差异和应用的规模可以大致分类。按其结构来分类：1.整体结构式plc（主要应用小型机）。将众多的部件全都放在一个机壳内的plc称之为整体式的plc。它这种类型的plc主要是由基本单元和扩展单元组成。其中的基本单元I/O点数各有不同，还包含着CPU、I/O接口、扩展口和编程器接口，但是扩展单元里面包含的只有I/O接口和电源。 2.模块结构式的plc，这种类型的plc与整体式的plc结构相反，模块式的plc是将每个部件都放入独立的模块中。然后由母版和各种独立的模块组成这种结构模式。这种模式构成的plc优点是系统构成灵活，可以根据自己的需要来设计自己的plc，安装，维修，升级都很方便。3.叠装组合式的plc，这是把整体式和模块式组合起来。把plc中的基本单元，扩展单元和功能单元制成模块再放入一个机壳内。其中有些部件都是单独的模块，模块间靠着光缆连接着，每一个模块还可以一层层叠装起来。将模块式和整体式plc的优点都组合在了一起。其优点不光是配置灵活，结构方便，而且成本更低，更有使
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